一種網口差模浪湧保護電路及實現方法
2023-06-14 08:50:31 2
專利名稱：一種網口差模浪湧保護電路及實現方法
技術領域：
本發明涉及電路保護技術領域，尤其涉及一種網口差模浪湧保護電路及 實現方法。
背景技術：
乙太網是目前使用最廣泛的區域網技術。由於其簡單、成本低、可擴展 性強、與IP網能夠很好地結合等特點，乙太網技術的應用正從企業內部網絡 向公用電信網領域邁進。隨著應用範圍的不斷擴大，乙太網口在惡劣環境使 用時，會存在引入過電壓的情況，網口接口電路提供過壓保護能力，可以大 大提高接口的可靠性。
乙太網中幹擾類型按噪聲幹擾模式不同，分為共模幹擾和差模幹擾。共 模幹擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在
信號線上感應的共態(同方向)電壓迭加所形成；共模電壓有時較大，特別 是採用隔離性能差的配電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高， 有的可高達130V以上。共模幹擾是在信號線與地之間傳輸，屬於非對稱性幹 擾。差模幹擾是指作用於信號兩極間的幹擾電壓，主要由空間電磁場在信號 間耦合感應及由不平衡電路轉換共模幹擾所形成的電壓，直接疊加在信號上， 直接影響測量與控制精度。差模幹擾在兩根信號線之間傳輸，屬於對稱性幹 擾。
常見的差模防護在網口變壓器與PHY晶片之間使用3304N等TVS (Transient Voltage Suppressor,瞬態電壓抑制器)，如圖1所示，TRD+1 、 TRD-1 和TRD+2、 TRD-2分別通過2個TVS ( TVSll 、 TVS12 )或(TVS21 、 TVS22 )
連接，將差模過壓嵌位，起到保護電路的作用。TVS是一種二極體形式的高 效能保護器件，當兩極受到反向瞬態高能量衝擊時，能以10-12秒量級的速度， 將其兩極間的高阻抗變為低阻抗，吸收高達數千瓦的浪湧功率，使兩極間的路中的精密元器件，免受各種浪 湧脈沖的損壞。
然而，使用TVS防護器件雖然可以使防護等級能夠滿足要求，但器件成
本太高，對於多埠設備成本難以接受。
發明內容
本發明提供了一種網口差模浪湧保護電路及實現方法，以便在提供差模 過壓保護同時，降低線路保護的成本。
本發明提供了一種網口差模浪湧保護電路，應用於包括PHY晶片、變壓 器和乙太網接口的電路中，所述PHY晶片的差分線通過變壓器轉換後，與以 太網接口連接；所述每對差分線間連接一個二極體電橋，所述二極體電橋包 括第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極體；
所述差分線對中第一差分線連接第一二極體陽極，所述第一二極體陰極 連接電源和所述第二二極體陰極，所述第二二極體陽極連接所述差分線對中 第二差分線；所述差分線對中第二差分線連接所述第三二極體陰極，所述第 三二極體陽極連接地和所述第四二極體陽極，所述第四二極體陰極連接所述
差分線對中第一差分線。
所述PHY晶片包括至少兩對差分線。
所述差分線上在所述二極體電橋與所述變壓器之間還分別串聯電阻所述 電阻起到限流作用。
所述二極體電橋中與電源和地連接的兩端之間並聯TVS，所述TVS陽極 與地連接，所述TVS陰極與電源連接。
所述乙太網衝妄口為百兆乙太網4妄口或千兆乙太網4妄口 ；
當所述乙太網接口為百兆乙太網接口，包括兩對差分線時，採用包括8 個二極體的二極體陣列器件，其中4個二極體組成一個二極體電橋，連接於 第一差分線對之間；另4個二極體構成一個二極體電橋，連接於第二差分線 對之間；
當所述乙太網接口為千兆乙太網接口 ，包括四對差分線時，採用兩個包括8個二極體的二極體陣列器件， 一個二極體陣列器件其中4個二極體組成 一個二極體電橋，連接於第一差分線對之間；另4個二極體構成一個二極體 電橋，連接於第二差分線對之間；另一個二極體陣列器件其中4個二極體組 成一個二極體電橋，連接於第三差分線對之間；另4個二極體構成一個二極 管電橋，連接於第四差分線對之間。
本發明還提供了一種網口差模浪湧保護電路的實現方法，應用於包括 PHY晶片、變壓器和乙太網接口的電路中，所述PHY晶片的差分線通過變壓 器轉換後，與乙太網接口連接；所述每對差分線間連接一個二極體電橋，所 述二極體電橋包括第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極體；所 述方法包括以下步驟
將所述差分線對中第 一差分線連接到第一二極體陽極，將所述第一二極 管陰極連接到電源和所述第二二極體陰極，將所述第二二極體陽極連接所述 差分線對中第二差分線；
將所述差分線對中第二差分線連接到所述第三二極體陰極，將所述第三 二極體陽極連接到地和所述第四二極體陽極，將所述第四二極體陰極連接所 述差分線對中第一差分線。
所述PHY晶片包括至少兩對差分線。
還包括
所述差分線上在所述二極體電橋與所述變壓器之間分別串聯電阻，所述 電阻起到限流作用。 還包括
在所述二極體電橋中與電源和地連接的兩端之間並聯TVS,所述TVS陽 極與地連接，所述TVS陰極與電源連接。
所述乙太網接口為百兆乙太網接口或千兆乙太網接口； 當所述乙太網接口為百兆乙太網接口，包括兩對差分線時，採用包括8 個二極體的二極體陣列器件，其中4個二極體組成一個二極體電橋，連接於 第一差分線對之間；另4個二極體構成一個二極體電橋，連接於第二差分線對之間；
當所述乙太網接口為千兆乙太網接口 ，包括四對差分線時，採用兩個包 括8個二極體的二極體陣列器件， 一個二極體陣列器件其中4個二極體組成 一個二極體電橋，連接於第一差分線對之間；另4個二極體構成一個二極體 電橋，連接於第二差分線對之間；另一個二極體陣列器件其中4個二極體組 成一個二極體電橋，連接於第三差分線對之間；另4個二極體構成一個二極 管電橋，連接於第四差分線對之間。
與現有技術相比，本發明具有以下優點
本發明中，可以顯著提高乙太網口接口的差模防護能力，提高網口的環 境適應性，提高設備的可靠性。
圖1是現有技術中利用TVS實現差模防護電路示意圖； 圖2是本發明中 一種差模防護電路示意圖； 圖3是本發明中另一種差模防護電路示意圖； 圖4是本發明中一種百兆口的差模防護電路示意圖； 圖5是本發明中一種千兆口的差模防護電路示意圖； 圖6是本發明中另一種百兆口的差模防護電路示意圖 圖7是本發明中另一種千兆口的差模防護電路示意圖 圖8是本發明中一種網口差模浪湧保護電路的實現方法流程圖
具體實施例方式
本發明中提供了在變壓器與PHY晶片之間的差分線間加二極體的差模防 護，相對於常規TVS保護方式價格較低，在低成本設計上具有突出優勢。
本發明中一種差模防護電路如圖2所示，圖中以一對差分線為例說明， 其他差分線對情況相同。差分線TRD+1與TRD-1間設置由4個二極體組成的 電橋，TRD+1連接二極體D21陽極，二極體D21陰極連接電源和二極體D22陰極，二極體D22陽極連接TRD-1; TRD-1連接二極體D23陰極，二極體 D23陽極連接地和二才及管D24陽極，二極體D24陰極連接TRD+1。
當陽極性的差模浪湧信號從差分線TRD+1引入時，依次經過D21 、 VCC、 GND、 D23到達TRD-1，迅速將線對間的壓差減小到極低的程度。當陽極性 的差模浪湧信號從差分線TRD-1引入時，依次經過D22、 VCC、 GND 、 D24 到達TRD+1,迅速將線對間的壓差減小到極低的程度。
為了保證達到瀉放差模浪湧信號，且不會對正常差分信號造成影響，需 要以下設計VCC-GND+兩倍二極體壓降(通常為0.7v*2),大於差分線對間 正常信號壓差。例如，由於差分信號壓差為2.8v，則VCC可以為1.8 v， 2.5v， 3.3 v， 5v等，以使VCC+1.4 v大於2.8v，保證差分信號正常工作。
另外，為了增強差模浪湧的防護效果，可以在VCC和GND之間並聯啟 動電壓較小的TVS器件，如圖3所示，當差模浪湧出現時，可以通過TVS器 件起到電源穩壓的作用。
本發明中一種百兆口的差模防護電路示意圖如圖4所示，PHY晶片2對 差分線通過變壓器轉換後，與乙太網接口連接。PHY晶片可以通過二極體陣 列器件D4實現差模浪湧保護，二極體陣列器件D4包括6個管腳，其中，管 腳1連接TRD-1 ，管腳2連接GND，管腳3連接TRD+1 ，管腳4連接TRD-2， 管腳5連接VCC，管腳6連接TRD+2。工作原理與圖2相同，實際上二極體 陣列器件D4實現了兩個二極體電橋的功能。本實施例中以百兆口包括兩對差 分線為例進行說明，實際應用中也可以為其他數量。
二極體陣列器件D4中包括8個二極體D41、 D42、 D43、 D44、 D45、 D46、 D47和D48。其中，D41、 D42、 D43和D44構成一個二極體電橋，連 接於差分線TRD+1和TRD-1之間；D45、 D46、 D47和D48構成一個二極體 電橋，連接於差分線TRD+2和TRD-2之間。具體連接關係為TRD+1連接 D41陽極，D41陰極連接電源和D42陰極，D42陽極連接TRD-1; TRD-1連 接D43陰極，D43陽極連接地和D44陽極，D44陰極連接TRD+1。 TRD+2 連接D45陽極，D45陰極連接電源和D46陰極，D46陽極連接TRD-2; TRD-2連接D47陰極，D47陽極連接地和D48陽極，D48陰極連接TRD+2。
進一步，可以在變壓器與二極體電橋之間的差分線上分別串聯小電阻R, 電阻阻值的選擇在不影響網口的信號質量基礎上越大越好。例如，對於百兆 乙太網該電阻為4歐姆，則儘量選擇接近4歐姆的電阻；對於千兆乙太網該 電阻為2歐姆，則儘量選擇接近2歐姆的電阻。
圖5為千兆網口的差模防護方案，由於PHY晶片與變壓器之間包括4對 差分線，原理與百兆相同，需要兩個二極體陣列D51和D52。本實施例中以 包括千兆口包括1對差分線為例進行說明，實際應用中也可以為多對。
二極體陣列器件D51中包括8個二極體D511、 D512、 D513、 D514、 D515、 D516、 D517和D518。其中，D511、 D512、 D513和D514構成一個 二極體電橋，連接於差分線TRD+1和TRD-1之間；D515、 D516、 D517和 D518構成一個二極體電橋，連接於差分線TRD+2和TRD-2之間。具體連接 關係為TRD+1連接D511陽極，D511陰極連接電源和D512陰極，D512陽 極連接TRD-1; TRD-1連接D513陰極，D513陽極連接地和D514陽極，D514 陰極連接TRD+1。 TRD+2連接D515陽極，D515陰極連接電源和D516陰極， D516陽極連接TRD-2; TRD-2連接D517陰極，D517陽極連接地和D518陽 極，D518陰極連接TRD+2 。
二極體陣列器件D52中包括8個二極體D521、 D522、 D523、 D524、 D525、 D526、 D527和D528。其中，D521、 D522、 D523和D524構成一個 二極體電橋，連接於差分線TRD+3和TRD-3之間；D525、 D526、 D527和 D528構成一個二極體電橋，連接於差分線TRD+4和TRD-4之間。具體連接 關係為TRD+3連接D521陽極，D521陰極連接電源和D522陰極，D522陽 極連接TRD-3; TRD-3連接D523陰極，D523陽才及連接地和D524陽極，D524 陰極連接TRD+3。 TRD+4連接D525陽極，D525陰極連接電源和D526陰極， D526陽極連接TRD-4; TRD-4連接D527陰極，D527陽極連接地和D528陽 極，D528陰極連接TRD+4。
本發明中 一種百兆口的差模防護電路示意圖如圖6所示，在變壓器與PHY 晶片之間，使VP和VN之間接啟動電壓較小的TVS器件，起到電源穩壓的作用。
圖7為千兆網口的差模防護方案，由於PHY晶片與變壓器之間包括4對 差分線，原理與百兆相同，需要兩個二極體陣列D71和D72,且D71和D72 的VP和VN之間接啟動電壓較小的TVS器件。當然，也可以在D71和D72 的VP和VN之間分別接啟動電壓較小的兩個TVS器件。
本發明提供了一種網口差模浪湧保護電路的實現方法，應用於包括PHY 晶片、變壓器和乙太網接口的電路中，所述PHY晶片的至少兩對差分線通過 變壓器轉換後，與乙太網接口連接；所述每對差分線間連接一個二極體電橋， 所述二極體電橋包括第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極體； 所述方法如圖8所示，包括以下步驟
步驟801,將所述差分線對中第一差分線連接到第一二極體陽極，將所述 第一二極體陰極連接到電源和所述第二二極體陰極，將所述第二二極體陽極 連接所述差分線對中第二差分線；
步驟802，將所述差分線對中第二差分線連接到所述第三二極體陰極，將 所述第三二極體陽極連接到地和所述第四二極體陽極，將所述第四二極體陰 極連接所述差分線對中第 一差分線。
還可以在變壓器與二極體電橋之間的差分線上分別串聯小電阻，電阻起 到限流作用，電阻阻值的選擇在不影響網口的信號質量基礎上越大越好。
另外，為了增強差模浪湧的防護效果，還可以在所述二極體電橋中與電 源和地連接的兩端之間並聯TVS， TVS陽極與地連接，所述TVS陰極與電源 連接，當差模浪湧出現時，可以通過TVS器件起到電源穩壓的作用。
另外，當所述乙太網接口為百兆乙太網接口，包括兩對差分線時，採用 包括8個二極體的二極體陣列器件，其中4個二極體組成一個二極體電橋， 連接於第一差分線對之間；另4個二極體構成一個二極體電橋，連接於第二 差分線對之間；
當所述乙太網接口為千兆乙太網接口，包括四對差分線時，採用兩個包 括8個二極體的二極體陣列器件， 一個二極體陣列器件其中4個二極體組成一個二極體電橋，連接於第一差分線對之間；另4個二極體構成一個二極體 電橋，連接於第二差分線對之間；另一個二極體陣列器件其中4個二極體組 成一個二極體電橋，連接於第三差分線對之間；另4個二極體構成一個二極 管電橋，連接於第四差分線對之間。
以上公開的僅為本發明的幾個具體實施例，但是，本發明並非局限於此， 任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種網口差模浪湧保護電路，應用於包括PHY晶片、變壓器和乙太網接口的電路中，所述PHY晶片的差分線通過變壓器轉換後，與乙太網接口連接；其特徵在於，所述每對差分線間連接一個二極體電橋，所述二極體電橋包括第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極體；所述差分線對中第一差分線連接第一二極體陽極，所述第一二極體陰極連接電源和所述第二二極體陰極，所述第二二極體陽極連接所述差分線對中第二差分線；所述差分線對中第二差分線連接所述第三二極體陰極，所述第三二極體陽極連接地和所述第四二極體陽極，所述第四二極體陰極連接所述差分線對中第一差分線。
2、 如權利要求1所述的網口差模浪湧保護電路，其特徵在於，所述PHY 晶片包括至少兩對差分線。
3、 如權利要求1所述的網口差模浪湧保護電路，其特徵在於，所述差分 線上在所述二極體電橋與所述變壓器之間還分別串聯電阻，所述電阻起到限 流作用。
4、 如權利要求1所述的網口差模浪湧保護電路，其特徵在於，所述二極 管電橋中與電源和地連接的兩端之間並聯TVS，所述TVS陽極與地連接，所 述TVS陰極與電源連接。
5、 如權利要求1至4任一項所述的網口差模浪湧保護電路，其特徵在於， 所述乙太網接口為百兆乙太網接口或千兆乙太網接口；當所述乙太網接口為百兆乙太網接口，包括兩對差分線時，採用包括8 個二極體的二極體陣列器件，其中4個二極體組成一個二極體電橋，連接於 第一差分線對之間；另4個二極體構成一個二極體電橋，連接於第二差分線 對之間；當所述乙太網接口為千兆乙太網接口，包括四對差分線時，採用兩個包 括8個二極體的二極體陣列器件， 一個二極體陣列器件其中4個二極體組成 一個二極體電橋，連接於第一差分線對之間；另4個二極體構成一個二極體 電橋，連接於第二差分線對之間；另一個二極體陣列器件其中4個二極體組成一個二極體電橋，連接於第三差分線對之間；另4個二極體構成一個二極 管電橋，連接於第四差分線對之間。
6、 一種網口差模浪湧保護電路的實現方法，應用於包括PHY晶片、變 壓器和乙太網接口的電路中，所述PHY晶片的差分線通過變壓器轉換後，與 乙太網接口連接；所述每對差分線間連接一個二極體電橋，所述二極體電橋 包括第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極體；其特徵在於，所述方法包括以下步驟將所述差分線對中第 一差分線連接到第一二極體陽極，將所述第一二極 管陰極連接到電源和所述第二二極體陰極，將所述第二二極體陽極連接所述差分線對中第二差分線；將所述差分線對中第二差分線連接到所述第三二極體陰極，將所述第三 二極體陽極連接到地和所述第四二極體陽極，將所述第四二極體陰極連接所 述差分線對中第一差分線。
7、 如權利要求6所述的實現方法，其特徵在於，所述PHY晶片包括至 少兩對差分線。
8、 如權利要求6所述的實現方法，其特徵在於，還包括 所述差分線上在所述二極體電橋與所述變壓器之間分別串聯電阻，所述電阻起到限流作用。
9、 如權利要求6所述的實現方法，其特徵在於，還包括 在所述二極體電橋中與電源和地連接的兩端之間並聯TVS,所述TVS陽極與地連接，所述TVS陰極與電源連接。
10、 如權利要求6至9任一項所述的實現方法，其特徵在於，所述以太 網接口為百兆乙太網接口或千兆乙太網接口；當所述乙太網接口為百兆乙太網接口，包括兩對差分線時，採用包括8 個二極體的二極體陣列器件，其中4個二極體組成一個二極體電橋，連接於 第一差分線對之間；另4個二極體構成一個二極體電橋，連接於第二差分線 對之間；當所述乙太網接口為千兆乙太網接口，包括四對差分線時，採用兩個包括8個二極體的二極體陣列器件， 一個二極體陣列器件其中4個二極體組成 一個二極體電橋，連接於第一差分線對之間；另4個二極體構成一個二極體 電橋，連接於第二差分線對之間；另一個二極體陣列器件其中4個二極體組 成一個二極體電橋，連接於第三差分線對之間；另4個二極體構成一個二極 管電橋，連接於第四差分線對之間。
全文摘要
本發明公開了提供了一種網口差模浪湧保護電路，在PHY晶片和變壓器之間的每對差分線間連接二極體電橋，以便在提供差模過壓保護同時，降低線路保護的成本。可以顯著提高乙太網口的差模防護能力，提高網口的環境適應性，提高設備的可靠性。
文檔編號H02H9/04GK101630838SQ200910169319
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月25日 優先權日2009年8月25日
發明者張溢強, 郝振平, 鑫 郭, 鵬 陳 申請人:杭州華三通信技術有限公司